M型氢气压缩机活的技术改造(打印修改版)

1、4M8型压缩机活塞的技术改造中石化荆门分公司维修车间 侯飞摘要：将4M8型压缩机活塞体上的钨金层改为填充四氟托瓦，铸铁活塞环改填充四氟环，把气缸内活塞的有油润滑改为少油润滑，在延长活塞使用寿命，降低维修费用，节省润滑油方面取得显著效果。 关健词：压缩机、活塞、填充四氟、支承环 一、概述：润加氢新氢压缩机共三台，工艺编号为机101-/1、2、3，为蜡油加氢、催化重整、汽油加氢等装置提供新氢气。机-101/1、2为原沈阳空气压缩机厂1971年生产4列对称平衡M型(4M-11/13-90)往复式压缩机，该机轴功率为767KW，转速为375 rpm,活塞行程为320mm，一级气缸直径为210mm,二级

2、气缸直径为130mm。机-1/3已于1996年更新为荷兰汤姆森公司生产的C12-3型压缩机，由于C12机型从能耗、运行效率等方面均优于4M8系列压缩机，因此机-101/3自安装以来长期运行，机-101/1、2（4M8型）只在机-101/3出现故障时使用。2010年装置大检修，要求对这两台机组大修。润加氢这两台压缩机由于结构较老，技术落后，仍采用的是铸铁活塞环和钨金层托瓦，但因有时新氢中含有粉尘，这些杂质随氢气进入压缩机内，经常会导致活塞环抱死，气阀失效，缸内温度升高，活塞钨金层拉伤、脱落、烧毁，事故频繁。针对4M8型压缩机的使用现状，结合装置大检修，对压缩机101-/1、2的一级、二级活塞体存

3、在的问题进行了改造的探讨与实践。 二、改造内容2.1改造方案压缩机有关工艺参数如下表1所示：表1 压缩机实际操作有关工艺参数工艺编号型号一级压力(mPa)二级压力(mPa)一级温度()二级温度()入口出口入口出口入口出口入口出口机-101/1、24M-11/13-900.83.73.77.024642977参照原沈阳远大压缩机厂氢气压缩机（型号为2D45-64/15.66-30.36）及荷兰汤姆森公司压缩机（型号为C12-3）活塞体的结构形式及使用情况，对压缩机-101/1、2 活塞进行了改造，其方案为： 将原活塞表面的钨金层去掉，改用为整体式填充聚四氟乙烯环(填充PTFE)作支承环，将活塞环

4、材料由铸铁改为填充聚四氟乙烯(填充PTFE)。因本机缸径较小，根据国外经验可不考虑附属配置张力环。目前许多微油、无油的往复式压缩机所应用的活塞环开始采用PEEK、PI新材料。它们具有很高的机械强度，较好的耐高温性，较低的摩擦系数，较小的线膨胀系，填充聚四氟乙烯系列支承环、活塞环由于机械强度不高， 很容易出现冷流形变而产生漏气等问题。但在本例中，我们考虑的是使用最经济的改造方式，而且，所使用的材料均为自备材料，不存在厂家供货的时间问题；这两台机组在使用时间和频次上也较少，因此，采用PEEK、PI新材料将作为下一步的改造目标，本次改造仍以填充聚四氟乙烯(填充PTFE)为主。将有油润滑改为少油润滑。

5、2.2活塞支承环的计算2.2.1活塞平均速度Cm 活塞行程: s=320 mm曲轴转速: n=375 r/min活塞平均速度：Cm=n*s/30=4.0 m/s无油润滑压缩机的线速度一般要求在4m/s以下，因此本机可以实施活塞环和支承环的无油润滑改造。2.2.2支承环膨胀量的计算 支承环的膨胀量实际上是指支承环安装在活塞上的过盈量，过盈量的大小反映了支承环与活塞体配合的径向松紧程度，其值的大小要保证缸内温度最高时支承环在活塞上随活塞膨胀时不能松动。缸内工作时气体温度按160（填充PTFE的工作温度在160）核算，有关计算数据如下表2所示： 填充PTFE支承环膨胀值类别活塞直径D（mm）支承环宽

6、度S（mm）介质温差T（）线膨胀系数（1/）支承环膨胀值垂直1（0-160）水平2 (0-160)垂直L水平S一级缸210601601.17×10-40.53×10-43.690.60二级缸130501602.280.48公式L=D×T×1 S=S×T×22.2.3填充PTFE支承环宽度、厚度的确定 根据一、二级活塞体现有结构尺寸，及填充PTFE支承环膨胀值的计算，并考虑到支承环镶嵌完后的二次加工应留有余量，对支承环膨胀值进行圆整，得出支承环与活塞体的的实际过盈量，并参照其它活塞压缩机支承环的使用情况，确定支承环的宽度、厚度，并与钨金

7、层值相比较。（1）、支承环的径向厚度：无切口整圈式支承环的径向厚度可按下图选用。一般小直径的支承环按最大值曲线选取，大直径(Do>500mm)的支承环按最小值曲线选取。本机的活塞直径最大不超过210mm，因此本机一级缸支承环径向厚度按照最大值选取，为7.5mm。二级缸按照最大值选取为6mm。（2）、支承环的轴向长度：无切口整圈式支承环的轴向宽度应按照下表中的公式进行计算：B=300×G×cos/D0B支承环的轴向宽度G（活塞+一半活塞杆）重量之和活塞中心线和水平夹角D0气缸直径根据计算及现有钨金层宽度：得出下表：表2：钨金层与支承环厚度、宽度值比较类型一级活塞二级活塞

8、厚度宽度厚度宽度钨金层0.5-0.8550.5-0.855支承环7.5606.550 （3）、支承环的内外径计算：计算按照以下公式进行计算：D1=KD0-2t-0.1=0.9980*208-15-0.1195mmD2= D1 (1+dp*t)/ (1+df*t)= 195(1+0.000997*150)/(1+0.00117*150)191mmD3= (1025或102) D1=1.025*195199 mm式中： D1支承环槽底尺寸 单位：mm D0气缸直径 单位：mmD2支承环内圆直径mm K活塞体材料系数 df支承环材料在工作温度下的径向线膨胀系数lt 活塞工作温度与室温的差值 D3套装

9、支承环活塞头部直径mmmmdp活塞体材料在工作温度下的线膨胀系数l表3 支承环的几何尺寸（二级按照以上公式）类别活塞支承槽底内径 （mm）支承环内径(mm)支承环厚度(mm)支承环宽度(mm)实际过盈量(mm)一级缸1951917.5604二级缸1181156.55032.3填充四氟成份的确定支承环和活塞环属于易损件，其性能和使用寿命取决于原材料配方及自身质量。零件材质选用填充聚四氟乙烯(PTFE)，即以聚四氟乙烯为主体，填充其它材料压制烧结而成，其由75 聚四氟乙烯、10青铜粉、10二氧化硅、3二氧化钼及2石墨组成。这种材料表面硬度高，耐压变形小，具有自润滑性并且耐磨，导热系数和摩擦因数较大

10、，使用寿命长注：青铜粉是为了增加托瓦的强度和导热性玻璃纤维是为了增强托瓦的韧性和耐磨性石墨是为了增强托瓦的自润滑性和稳定性2.4活塞体的改造及支承环的加工2.4.1将活塞体上表面的巴氏合金层(在图一中60.5+0.1处、在图二中50.5+0.1处)车削掉，其余尺寸如图示一级活塞加工图 图一二级活塞加工图： 图二注：在图一中，活塞两端199×3为支承环档肩，在图二中，122×3为支承环档肩，规格为3×3，以防止支承环随活塞体做往复运动时松动脱落。2.4.2填充四氟支承环按图示加工 图三 图四2.5支承环与活塞的组装加工好支承环导向锥、导向环、压力板。将支承环和活塞体

11、放入加热炉内，随加热炉升温到150，保温30分钟，按图示五，将托瓦迅速装入活塞体上，然后将镶好的活塞放入炉内在130左右保温10分钟，随加热炉冷却至常温。 图五2.6将铸铁活塞环改为填充四氟活塞环 根据活塞体的结构尺寸，对活塞体槽宽及槽深不作改动。 活塞环放入缸内应有一定的紧力，使其紧贴缸壁，采用张力环时出现过张力环折断，拉缸现象，故采用活塞环外径大于气缸直径2.5%的方法增大张力。填充四氟活塞环一般采用直切口，考虑到填充四氟材料热膨胀系数比铸铁大，活塞环侧间隙及总的开口间隙均应增大，其值经计算并圆整后如下表6所示：填充四氟尺寸与缸径间隙类别气缸直径D(mm)活塞环直径d(mm)活塞环开口间隙

12、S(mm)活塞环宽S(mm)活塞环与槽宽最小侧间隙H(mm)活塞环与槽宽侧间隙标准(mm)一级气缸2102158100.220.25-0.35二级气缸130134570.150.20-0.25公式d=(1+2.5%)DS=(t+1/1000)D H=(t+1/100)S参数t=100=1.17×10-4表6一、二级活塞环加工图，如图六所示：图六一、二级活塞环在缸内安装图，如图七所示： 图七2.7支承环的二次加工组装好的活塞，其托瓦外径都留有二次加工余量，以消除托瓦在加温、组装、冷却过程中存在的变形，并满足托瓦与汽缸直径之间的配合间隙需要，同时要考虑到活塞运动时，活塞杆上、下跳动对填料

13、密封圈的影响，其值如下表7所示： 表7 支承环与气缸直径间隙表 类别汽缸直径（mm）支承环外径(mm)直径间隙(mm)一级汽缸210209.6±0.10.3-0.5二级汽缸130129.7±0.10.2-0.4 二次加工完成且装上活塞环的活塞组件如图八、九所示：一级活塞组件 图八二级活塞组件 图九2.8调整注油器的注油量因活塞体表面钨金层去掉，改为填充四氟支承环，且活塞环亦采用填充四氟材料，金属之间的摩擦副变成了金属与非金属之间摩擦副，加上填充四氟自有的润滑性，从而降低了摩擦系数，从理论上讲可不需要注油润滑，但为了延长支承环、活塞环、缸套的使用寿命，故将注油器原有的多油润滑改为少油润滑 。三、改造后的效果及技术经济效益3.1改造后机组运行状况良好将压缩机一、二级活塞的钨金层改为填充四氟支承环，活塞环改为填充四氟材料后，压缩机的压力、流量均能达到额定工况，满足工艺要求 ，机组运行由2010年5月运行至2011年6月未发生故障。3.2延长活塞、缸套使用寿命，节省维修费用因介质中含有胺盐及催化剂粉尘，活塞钨金层寿命只有30天左右，采用四氟支承环后使用寿命达240天，且因支承环磨损后，只需更换支承环和活塞环而不换活塞体，从而大大地节省了活塞的维修费用，另一方面缸套磨损相应减少。 3.3节省润滑油,降低运行费用因以